姜柄瓜不同品種發芽期抗旱性鑒定及評價*

劉院梅，裴徐梨，荊贊革，梁正嬌，焦 鵬

(昆明學院 農學與生命科學學院，云南 昆明 650214)

姜柄瓜屬于葫蘆科南瓜屬中國南瓜圓南瓜品種，是云南的優良地方品種，也是滇中地區栽培面積最大的南瓜品種.其嫩瓜品質好，價格穩定，產值效益好[1]，深受消費者喜愛.干旱是制約農業生產的主要生態因子[2]，對農作物的不同生育時期均有影響，尤其種子發芽時期易受干旱影響，將直接影響作物的品質和產量，導致生產受限[3，4].云南省一直以來都是干旱較為嚴重的地區，農作物的大規模的種植與生產不僅要依賴于水利資源，也要優選抗旱品種，以應對干旱造成的減產損失.因此，篩選抗旱姜柄瓜種質具有重要生產意義[5，6].

種子發芽期是衡量該作物抗旱性強弱的重要時期之一[7].Bouslama M.等[8]提出可以作為干旱脅迫下的種子萌發指標有種子的發芽率、發芽勢及萌發指數.郭曉麗[9]對10個不同甘藍型油菜品種萌發期進行PEG脅迫，提出種子萌發期抗旱性評價方法，并采用隸屬函數法[10，11]進行抗旱性綜合評價.王敬東[12]以胚芽鞘的長度為參考值，胚根長可作為春小麥萌發期的抗旱指標來鑒定抗旱材料[12].張樹林[13]采用20%的PEG對小麥進行模擬干旱脅迫，結果表明發芽勢、芽長、根鮮重等指標可以用于萌發期抗旱性鑒定的篩選依據.

在玉米[14-17]、小麥[18，19]、綠豆[20]、水稻[21]等植物的耐旱性研究中常使用PEG溶液來模擬干旱脅迫.但在姜柄瓜種子萌發期抗旱性方面的研究報道較少.本試驗擬對姜柄瓜發芽期的抗旱性進行鑒定，以期篩選出優質抗旱品種，同時為姜柄瓜抗旱育種提供一定的理論依據.

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試種均為云南栽培生產常用姜柄瓜品種，詳見表1.

表1 各姜柄瓜品種信息

1.2 試驗方法

首先，隨機選取供試姜柄瓜品種進行預試驗，分別配置質量分數為5%，10%，15%，20%和25%的PEG-6000(以下簡稱PEG，天津市科密歐化學試劑有限公司生產)溶液為培養液，并以清水(CK)作對照，重復3次，在上海一恒科學儀器有限公司生產的光照培養箱中培養(溫度：30 ℃，時長：7 d，光照強度(光合有效輻射)為 150 μmol/(m2·s).發芽試驗中測量各相關測定指標，并進行分析，從而篩選出適宜的PEG質量分數進行進一步試驗.然后，以篩選出的適宜PEG溶液模擬干旱對19種姜柄瓜品種進行發芽期抗旱性鑒定.測量并記錄數據進行整理和統計分析，從而篩選出抗旱的姜柄瓜品種.試驗設3次生物學重復.

1.3 指標測定和計算公式

測定指標有胚根長、胚軸長、鮮質量、發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數，公式參考廖博通[22]等人的方法.

發芽勢(GP)=(PEG處理下第 4 d 種子發芽數/每個皿種子總數)×100%；

(1)

發芽率(GR)=(PEG處理下第7 d種子發芽數/每個皿種子總數)×100%；

(2)

發芽指數(GI)=∑Gt/Dt；

(3)

活力指數(VI)=S×GI.

(4)

式中：Gt代表種子發芽數，Dt代表相應種子萌發天數，S代表鮮質量(g).

1.4 耐旱性綜合評價

本試驗采用隸屬函數法對姜柄瓜品種各項指標進行綜合評價，具體參考孫彩霞等[10]和龔明[11]的抗旱鑒定評價方法.計算公式如下：

U(Xj)=u(Xj)=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin),j=1,2,3…,

(5)

式中，u(Xj)為姜柄瓜第j個指標的隸屬函數值；Xij為姜柄瓜第i個品種第j個指標的測定值；Xmax、Xmin為各供試姜柄瓜品種中第j個指標測定值的最大值和最小值.總隸屬函數值：各項指標的隸屬函數值求和算其平均值，總隸屬函數值越大，耐旱性越強.

1.5 數據統計及分析

試驗數據采用Excel 2010進行數據分析及差異性分析、相關性分析，聚類分析采用SPSS 25軟件.

2 結果與分析

2.1 姜柄瓜干旱脅迫溶液PEG質量分數篩選

2.1.1 不同PEG質量分數對測定指標的影響

圖1 不同質量分數PEG溶液處理后 種子胚根長和胚軸長

隨著PEG質量分數的升高，姜柄瓜胚根長和胚軸長明顯呈下降趨勢，當PEG質量分數高達25%，出現了種子無法生長胚軸的現象.顯然PEG溶液對胚軸生長的抑制比胚根更強(圖1).由表2可見，隨著PEG質量分數的上升，種子鮮質量呈下降趨勢.胚根長在5%PEG、25%PEG的處理下較對照組分別減少了 3.17 cm、1.72 cm，胚軸長在5%PEG、25%PEG的處理下較對照組分別減少了 16.22 cm、10.99 cm.可見胚軸長受PEG溶液的影響更大.和對照組相比，發芽指數隨著PEG質量分數的升高先增加0.2后在減少1.7.經過5%PEG處理后樣品的活力指數較對照組下降29.44，經25%PEG處理后樣品的活力指數較對照組下降114.70.當PEG質量分數>10%，發芽指數和活力指數隨PEG質量分數變化不明顯.除發芽指數沒有顯著差異外，其余指標的差異都較為顯著(P<0.05).由此可見，PEG溶液對姜柄瓜種子有明顯的抑制作用，各PEG質量分數處理下的胚根長、胚軸長、鮮質量、發芽指數、活力指數與對照組相比都被抑制，抑制程度隨質量分數升高而增強，指標間的變化程度隨著PEG質量分數的升高先變化明顯后變化減弱.

表2 不同質量分數的PEG溶液處理下姜柄瓜種子各測定指標與CK對比

2.1.2 不同處理測定指標差異性分析

和對照組(CK)相比(表3)，發芽指數指標沒有達到顯著性差異(P≥0.05)，在PEG質量分數為5%時除姜柄瓜胚根長未達到顯著性差異(P≥0.05)，其余都具有顯著性差異(P<0.05).在PEG質量分數為0(CK)到15%區間內各處理間除發芽指數外都差異性顯著，PEG質量分數超過10%的各項指標間差異不顯著.PEG質量分數從0(CK)到10%區間內處理間除發芽指數外差異性顯著，10%以后處理間差異不顯著.

綜上所述：各項測量指標在PEG質量分數從0(CK)到10%總體差異顯著，在10%之后差異不顯著，所以10%的PEG濃度為姜柄瓜模擬抗旱處理的最適質量分數.

表3 不同質量分數的PEG溶液處理下姜柄瓜種子各測定指標

2.2 不同姜柄瓜品種抗旱性綜合分析

2.2.1 姜柄瓜測定指標的變異分析

在10%PEG脅迫下姜柄瓜品種的抗旱相關性狀指標差異明顯(表4、表5)，其中發芽勢在20%～90%之間，發芽率在23.33%～96.67%之間，發芽指數在2.02%～11.61%之間，活力指數在5.70%～46.76%之間，胚根長在0.57～5.17 cm 之間，胚軸長在0.35～2.78 cm 之間，鮮質量在2.42～3.95 g 之間.鮮質量的變異系數0.13為最小，活力指數的變異系數0.54為最大.

表4 姜柄瓜種子干旱脅迫下發芽相關指標的統計數據

表5 姜柄瓜種子干旱脅迫下發芽相關指標的變異系數

2.2.2 干旱脅迫對各項測定指標的影響

利用10%PEG溶液對不同姜柄瓜種子模擬干旱脅迫，19個姜柄瓜品種的發芽相關指標均受到了抑制，各品種的抑制程度存在差異(表6).在所測品種當中，發芽勢指標的最大值是G11的90%，最小值是G9的20%.發芽率指標達到90%及以上的品種有G3、G7、G11、G13，最小值是G9的23%.胚根長的最大值是G14(5.17 cm)，其余大多數介于2.00～3.00 cm，最小值是G17的 0.57 cm.G7、G11、G13、G14和G16的胚軸長明顯高于其余14個品種，其余多數胚軸長介于1.00～3.00 cm 之間，最小值是G17的 0.35 cm.鮮質量多數介于3.00～4.00 g 之間，其最小值是G6的 2.42 g，差異較小.發芽指數指標在11～12之間的有G7、G11、G13和G16，最小值是2.02(G9).活力指數指標測量值介于40～50的有G7、G11、G13、G14，最小值是5.70(G9).

表6 各品種姜柄瓜種子干旱脅迫下發芽相關測定指標

續表6

綜上所述，各品種間的抗旱指標表現出較高的差異.而鮮質量這個指標的差異明顯低于其他各項指標，說明鮮質量受到干旱脅迫的影響較小.并且品種間抗旱指標高低不同，所以單一指標進行姜柄瓜抗旱性鑒定不夠準確，若要體現出評價結果的準確性需綜合分析.

2.2.3 不同測定指標間的相關性分析

相關性分析表明，7個指標間均成正相關(表7).其中，胚根長與胚軸長、發芽指數與活力指數，這2個指標的相關性系數最高，r=0.986.發芽率與鮮質量指標的相關性系數最小，r=0.749，其余指標相關性系數均在這兩者之間，相關性系數值整體較高，說明這些指標與指標之間的變化具有一致性和相關性，關聯程度較高.下一步采用隸屬函數法對19個品種進行抗旱性綜合評價分析.

表7 不同測定指標間相關性分析

2.2.4 各測定指標隸屬值及綜合分析

計算7個測定抗旱指標的隸屬函數值，對姜柄瓜發芽期的抗旱性進行綜合評價，總隸屬值越大，抗旱性越強.

供試姜柄瓜品種的總隸屬值均在0.04～0.99之間，抗旱性最強的是G11，其次是G7、G14，總隸屬函數值大于0.9，總隸屬值達到0.8以上的還有G16、G13.此外，抗旱性最弱的是G9，總隸屬函數值為0.04.隸屬函數值的綜合排序詳見表8，從中可以清晰看到每個品種的測定指標的隸屬值以及抗旱性排序，排序越靠前的總隸屬值越高抗旱性越強.

表8 各品種姜柄瓜種子干旱脅迫下各發芽相關指標隸屬函數值

2.2.5 聚類分析及品種抗旱性等級分類

圖2 姜柄瓜抗旱指標隸屬函數值聚類分析

在10%PEG溶液處理下測定指標進行系統聚類分析(圖2).根據總隸屬函數值對19個姜柄瓜品種進行抗旱性等級的劃分.

結果表明，在歐氏距離為5處，可將19份姜柄瓜供試材料劃分為4個類型.第1類為G19、G15、G2、G5、G10、G12，6份種質，其主要特征是發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、胚根長、胚軸長、鮮質量的測量值偏低，屬于干旱較敏感型，在干旱地區不適宜種植.第2類為G1、G8、G4、G3，4份種質，其主要特征是發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、胚根長、胚軸長、鮮質量的測量值較高，屬于較抗旱型，一般較干旱地適宜種植，第3類為G6、G9、G17、G18，4份種質，其主要特征是發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、胚根長、胚軸長、鮮質量的測量值相比于其他3類的值最低，屬于不抗旱型，干旱地區不適宜種植.第4類為G13、G16、G11、G14、G7，共5份種質，其主要特征是發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、胚根長、胚軸長、鮮質量的測量值在這4類中最高，屬于抗旱型，適宜在干旱地區種植.此結果與上述隸屬函數值分析結果一致.試驗結果當中的抗旱品種G7、G11、G13、G14和G16可作為優良抗旱種質資源.

3 討論

干旱是姜柄瓜在生產中要面臨的主要問題之一，篩選出優良的抗旱品種對于姜柄瓜干旱脅迫研究具有重要意義.但單一指標鑒定姜柄瓜抗旱性不夠準確，比如鮮重這個指標的差異明顯低于其他各項指標，說明鮮重受到干旱脅迫的影響較小，這有可能與代謝和鮮質量自身的特性相關.并且品種間抗旱指標高低不同，所以單一指標進行姜柄瓜抗旱性鑒定不夠準確，若要體現出評價結果的準確性需綜合分析.

不同品種間同一指標變化差異較大，差異變化較為分散，沒有系統的區分，鮮質量指標在干旱脅迫下的影響較小，變異系數最小為0.13，因此，本實驗采用隸屬函數法和聚類分析法對姜柄瓜品種的各項指標進行綜合評價.

鞠樂等[23]、任毅等[24]以PEG溶液作為脅迫劑來對植物種子萌發期進行干旱脅迫模擬試驗，結果表明，可以把種子發芽率、種子發芽勢、種子發芽指數、活力指數、根長、芽長作為萌芽期抗旱性鑒定的主要指標.這與本研究進行的姜柄瓜發芽期抗旱性指標鑒定的結果一致.為了進一步驗證各項指標之間抗旱性的準確程度，本研究對PEG-6000溶液質量分數進行篩選，結果發現在10%的PEG-6000質量分數下各項指標的抗旱表現最好，在選取PEG質量分數的參考方法上，這與馮舉伶等[25]以20%PEG溶液作為脅迫劑對春小麥萌發期指標進行干旱脅迫模擬試驗時一致，以10%PEG溶液對姜柄瓜進行脅迫試驗，對各項指標之間進行相關性分析.結果顯示，各項指標間均成正相關，整體相關性系數較高，表明指標與指標之間相關性較高，這也從側面表明本試驗所選取的供試姜柄瓜品種可用于干旱脅迫實驗.這7項指標的綜合評價可以有效地對姜柄瓜發芽期的抗旱性進行鑒定，同時也說明不同作物之間抗旱鑒定指標的選取具有相似性，抗旱機理也有可能相似.

作物的抗旱機制非常復雜，需要鑒定多個抗旱性指標來進行綜合分析[26].各品種間的抗旱指標都表現出較高的差異.并且不同的抗旱指標在PEG干旱脅迫下的變化不同.不同性狀在干旱脅迫下做出的響應各異[27].本試驗利用10%PEG溶液作為脅迫劑對19份姜柄瓜品種進行萌發期抗旱性鑒定，通過對種子的發芽勢、發芽率、胚根長、胚軸長、鮮質量、發芽指數和活力指數指標的測定，分析品種間抗旱性的指標差異，然后利用隸屬函數法和聚類分析法進行抗旱性綜合分析.結果表明，抗旱型品種有5個：G7、G11、G13、G14和G16，其余14個品種抗旱性較差，不適宜做抗旱品種使用，抗旱品種可提高干旱地區的姜柄瓜種子育苗發芽率，在干旱環境下有利于產量的提高，本研究結果可為姜柄瓜抗旱品種育種提供材料，并為姜柄瓜種子萌發期抗旱鑒定提供參考.